Океани: Когато водораслите станат отровни оръжия

Човек очаква много рискове, когато предприема авантюристична експедиция в непознати води. Но смъртоносни миди? Британският мореплавател Джордж Ванкувър е малко вероятно да е имал тази заплаха на радара си, когато е изследвал брега на Британска Колумбия през 1793 г. И все пак на пръв поглед безобидно ястие от морски дарове трябваше да коства живота на член на екипажа. Очевидно мъжът е получил фатално отравяне, което медицинските специалисти сега знаят като "паралитично отравяне с миди и раци". Той се задейства от група високоефективни нервни токсини, "паралитичните токсини на черупчестите организми" (PST). Най-известният от тях е сакситоксинът, от който по-малко от милиграм може да убие възрастен.

Според докладите на Ванкувър местните канадци изглежда са знаели тази опасност още тогава. Когато блестящи килими от водорасли плуваха в морето през нощта, ястията от миди се смятаха за табу от местните жители. И това беше напълно разумна предпазна мярка. Тъй като тези килими могат да бъдат масови разработки на единични клетки от рода Александрий. Те произвеждат сакситоксин, който след това се натрупва в хранителната верига.

Мидите например могат да филтрират милиони едноклетъчни организми и техните опасни товари от водата за един час по време на такъв цъфтеж на водорасли. Като правило те не умират от токсините, но често ги депонират в телата си във високи концентрации. И тогава става опасно за любителите на морските дарове. Всяка година по света почти 2000 души са отровени, когато консумират замърсени миди или риба, около 15 процента от тези случаи са фатални - и броят на неотчетените случаи вероятно ще бъде голям. Такова хранене може също да има фатални последици за риби и морски птици, костенурки и морски бозайници. Да не говорим за икономическите щети за рибарството и аквакултурите. Следователно учените биха искали да разберат по-добре как възникват такива масови събития, опасни за хората и животните. Но биологията на отровните цветя все още е пълна с мистерии.

Отрови срещу вегетарианци

Понастоящем експертите познават около 100 вида водорасли, които могат да произведат токсични съединения. Това означава, че отровителите са малко малцинство сред повече от 10 000 известни водорасли в световния океан. Много от членовете на този изключителен клуб принадлежат, подобно на рода Alexandrium, към групата на динофлагелатите или „бронираните биччета“. Въпреки това, някои червени водорасли и диатомиите също имат опасни вещества в обхвата си. Отровите на различните производители причиняват различни симптоми в зависимост от вида и дозата. Спектърът варира от лошо храносмилане и загуба на паметта до сърдечна недостатъчност и дихателна недостатъчност.

Но какво всъщност кара едноклетъчните организми да придобият такъв арсенал от опасни вещества? Отдавна е известно, че определени външни обстоятелства насърчават токсичността. Например, от решаващо значение е кои хранителни вещества съдържа водата. Когато динофлагелатите се размножават, те изграждат азот и фосфор в своите клетъчни компоненти в съотношение 16 към 1. Тъй като на много места има изобилие от азот, с течение на времето едноклетъчните организми ще останат без фосфор. След това водораслите спират да се размножават. Въпреки това, вашият метаболизъм все още работи с пълна скорост и превръща излишния азот в различни съединения - включително сакситоксин, който съдържа 30% азот, но не и фосфор. Например, ако липсва фосфор, видът Alexandrium tamarense увеличава производството на отрова многократно.

Дълго време обаче никой не можеше наистина да обясни за какво са полезни тези вещества. На пръв поглед те не изглеждат особено ефективни отбранителни оръжия, когато мидите могат да филтрират маси отровни водорасли извън водата без вреда. Но има и други врагове. Малките копеподи, например, са не само запалени ядат водорасли, но също така са и един от най-често срещаните организми на морския зоопланктон - те са сериозни противници, срещу които се изисква ефективна отбранителна стратегия. Вярно е, че някои видове от тези мини раци изглеждат едва ли впечатлени от Saxitoxin and Co. С други обаче отровите показват ефекти в различни проучвания. Засегнатите животни са страдали от намален апетит, намалена плодовитост или нарушения в развитието например, а някои дори са починали. И няколко вида ненаситни вегетарианци изглежда избягват токсичните водорасли, когато имат нетоксични алтернативи. Така че по-добре защитените отровители могат да се размножават по-добре, понякога дори масово.

Издаеми следи във водата

Заплахата от гладните ракообразни обаче не винаги е еднаква. В края на краищата този зоопланктон се развива в цикли и често остава на различни дълбочини на водата през деня. В резултат на това много повече врагове дебнат вкусни водорасли в определени часове на деня и годината, отколкото в други. Би било добре, ако потенциалните жертви могат да реагират на действителната опасност, вместо постоянно да губят енергия за скъпи отбранителни оръжия.

Всъщност Ерик Селандер от университета в Гьотеборг в Швеция и колегите му удостоверяват удивителната степен на гъвкавост на отровителите в моретата: Когато присъстват копеподи, например, динофлагелатите от Alexandrium minutum произвеждат до два и половина пъти повече отрова от обичайното. И много други също токсичните водорасли могат да увеличат енергично производството си, ако е необходимо. Но как всъщност забелязвате, когато това е необходимо? Шведските изследователи също намериха отговор на този въпрос в последното си проучване. Според това динофлагелатите са хитри шпиони, които могат много ефективно да шпионират противниците си. Тъй като, подобно на повечето същества от планктон, те нямат силно развити зрителни органи, те трябва да разчитат на техния химически усет. И очевидно реагира на вещества, които враговете им пускат във водата.

Изследователите са открили осем такива химически предатели, които те са нарекли "копеподамиди" след латинското име на копеподите. Това са малки молекули, изградени от органичната киселина таурин и различни мастни киселини. Подобни съединения по-рано бяха известни само от едноклетъчни животни, морски гъби и морски таралежи. Никой не знае за какво са им нужни копеподите. Те могат да играят роля в храносмилането.

Във всеки случай за Alexandrium minutum тези вещества са сигнал за фатална опасност: В експериментите на шведските изследователи едноклетъчните организми дори реагират на най-малките количества във водата с до 20 пъти по-голямо производство на отрова. Тъй като всеки вид рак отделя малко по-различен коктейл от копеподамиди, те дори могат да различават противниците си. Докато някои видове предизвикват само слаба реакция при лабораторните тестове, други довеждат малките отровители до пикови резултати.

Но може ли това всъщност да се почувства в морето? За да разберат, учените са изследвали появата на ракообразни и отделянето им в Скагерак. В тази част на Северно море, особено в края на есента, има огромен брой копеподи, наречени Calanus finmarchicus, който е най-честият представител на своите роднини. Според изследователите само тази популация трябва да отделя достатъчно издателски пратеници, за да удвои токсичността на водораслите.

Пистолети за всеки повод

Следователно подобни ефекти могат да доведат до по-честа поява на цъфтеж на водорасли, които са проблемни за хората, животните и икономиката. Особено след като раците очевидно не са единствените врагове, на които производителите на едноклетъчни отрови се качват на пръсти. Екип, ръководен от Ханс Дам от Университета на Кънектикът в САЩ, наскоро тества как Alexandrium fundyense реагира на различни врагове. Този прословут динофлагелат, например край североизточния бряг на САЩ, многократно се е прочул с широкомащабни масови разработки и по този начин се е превърнал в кошмар за мидерите там. В лабораторията изследователите са се сблъсквали с него не само с копеподи, но и с различни миди и морски пръски, които принадлежат към ципата. Освен това ресничките и хищните динофлагелати се състезаваха като едноклетъчни противници.

В този експеримент всички изследвани многоклетъчни клетки индуцират водораслите, за да стимулират производството на паралитични мидени токсини. Този ефект е бил особено силен, когато динофлагелатите са имали работа с морски спринцовки. Те реагираха на тях средно два и половина пъти по-силно, отколкото на всички останали групи животни, изследвани. И това може да има фатални последици, особено в САЩ, опасяват се изследователите. Например извън Нова Англия има многобройни крайбрежни местообитания, където морските пръски доминират в дънния живот. И точно тук отново и отново се случват масови разработки на динофлагелати, които могат да реагират особено отровно на този квартал.

Мекотелите като сините миди и пясъчните миди, тествани в експеримента, не предизвикват толкова бурни реакции, но все пак имат ясно измерим ефект. Те също могат да увеличат производството на токсини и по този начин да натрупват все по-големи количества токсин в собственото си тяло. В резултат на това те могат не само да се превърнат в смъртоносна опасност за своите потребители, но в даден момент и сами да бъдат ощетени. Ако след това филтрират все по-малко водорасли от водата, отровното цвете може да придобие още по-големи размери - порочен кръг.

На пръв поглед обаче ядещите едноклетъчни водорасли изглежда дават искрица надежда. Те не предизвикаха повишена реакция на отрова в експериментите - вероятно защото нямат нервна система, върху която токсините могат да атакуват. Следователно хищните динофлагелати и ресничките могат да съдържат отровните цветове, вместо да ги правят още по-опасни, заключават изследователите. Въпреки това, коварните водорасли изглежда са намерили оръжие и срещу тези противници. Учените са забелязали няколко пъти, че едноклетъчните организми умират, когато ядат александрийски видове - независимо дали произвеждат паралитични мидени токсини или не. Ханс Дам и колегите му също проучиха какво се крие зад това. Според това, Alexandrium tamarense също произвежда така наречените реактивни кислородни видове в допълнение към известните си невротоксини. Тези агресивни вещества разрушават клетъчните стени на едноклетъчните хищници и по този начин ги осъждат на смърт.

Водораслите във възход

По този начин малките отровители създават най-добрите условия за масово размножаване. Възможно е напоследък човек да е улеснил живота им. Токсичните цъфтежи на водорасли не са нищо ново. Не само хората на Джордж Ванкувър са имали болезнени преживявания с него, подобни явления са известни и в Европа от повече от 100 години. Но има индикации, че сега те преследват все по-често някои морски региони по света.

Например за крайбрежните води на Китай морските изследователи, работещи с Douding Lu от Лабораторията за морски екосистеми и биогеохимия в Ханджоу, отбелязват огромен ръст на тези събития от 70-те години на миналия век. Сега властите там регистрират около 60 отровни цъфтежа годишно, включително много големи, които се простират на повече от 1000 квадратни километра. И особено през последните две десетилетия, морските биолози в Китай откриха повече отровни видове водорасли от всякога. Според изследователите зад това развитие има няколко фактора. Един от тях е нарастващото замърсяване на хранителните вещества на крайбрежните води от земеделието и канализацията. В устието на река Яндзъ концентрацията на нитрати се е утроила за 40 години. И има редица отровни видове водорасли, които могат да се възползват от подобен скок на торове. Освен това редица нови отровители са навлезли във водите на Китай в баластните води на корабите.

Подобни ефекти се обсъждат за много други морски региони. Възможно е напредъкът в технологиите за измерване и увеличаването на токсичната аквакултура просто да насочат повече внимание към токсичните цъфтежи на водорасли. Повечето експерти смятат, че е много вероятно хората действително да популяризират тези събития. В допълнение към прекомерното наторяване на моретата, изменението на климата също може да играе роля. В Северния Атлантик и Северното и Балтийско море има доказателства, че повишаването на температурата на водата е довело до увеличаване на динофлагелатите и че тези организми се появяват там по-рано през годината.

Досега обаче липсват дългосрочни наблюдения, за да може по-добре да се оценят такива възможни тенденции и техните последици. А погледът към бъдещето е още по-труден. Особено тъй като не само повишаването на температурите, но и многобройните косвени ефекти от изменението на климата могат да доведат до по-голям растеж на водорасли, като промени в стратификацията и условията на потока във водата. Или по-силни валежи, които в някои региони могат да причинят набъбване на реките и така да измият повече хранителни вещества в морето. Във всеки случай си струва да следите отровителите на океаните - особено сега: повече от 200 години след първата документирана жертва на фатално отравяне с миди.